Cette thèse aborde principalement le rôle que jouent les radars polarimétrique et interférométrique dans les applications de géosciences, tout particulièrement sur les forêts. Il est démontré que les modèles actuels simples de la corrélation spatiale des milieux naturels sont capables d'estimer de manière robuste la hauteur de la forêt et sa biomasse; lorsque la topographie est peu prononcée. La corrélation temporelle y est traitée plus précisément en définissant une fonction de corrélation temporelle dépendant de la hauteur de la canopée. Les effets de cette amélioration sur la modélisation directe et inverse sont discutés. Une expression simplifiée de ces modèles est proposée et validée dans le cas des basses fréquences. Nous utilisons à la fois des données polarimétriques satellitales, ainsi que des simulations numériques de rétrodiffusion afin d'illustrer les résultats. Pour les radars en polarimétrie compacte, la pseudo reconstruction est généralisée au cas interférométrique et son efficacité est démontrée seulement pour certaines combinaisons entre les composantes volumiques et les composantes du sol. Enfin, la qualité des données est abordée, en montrant que la rotation de Faraday peut être estimée et corrigée à partir des échos radar non focalisés et que les trièdres maillées peuvent servir d'étalonnage radiométrique des données à double polarisation.

La biologie synthétique est une science issue du rapprochement entre les biotechnologies et les sciences pour l’ingénieur. Elle consiste à créer de nouveaux systèmes biologiques par une combinaison rationnelle d’éléments biologiques standardisés, découplés de leur contexte naturel. L’environnement, l’agroalimentaire et la santé figurent parmi ses principaux domaines d’application. Cette thèse s’est focalisée sur les aspects liés à la conception ex-vivo de ces biosystèmes artificiels. A partir des analogies réalisées entre les processus biologiques et certaines fonctions électroniques, l’accent a été mis sur la réutilisation et l’adaptation des outils de conception numériques, supportant l’approche de conception « top-down ». Ainsi, une adaptation complète des méthodes de CAO de la microélectronique a été mise en place pour la biologie synthétique. Dans cette optique, les mécanismes biologiques élémentaires ont été modélisés sous plusieurs niveaux d’abstraction, allant de l’abstraction numérique à des modèles flux de signal et des modèles conservatifs. Des modèles en logique floue ont aussi été développés pour faire le lien entre ces niveaux d’abstraction. Ces différents modèles ont été implémentés avec deux langages de description matérielle et ont été validés sur la base de résultats expérimentaux de biosystèmes artificiels parmi les plus avancés. Parallèlement au travail de formalisation des modèles destinés au flot de conception, leur amélioration a aussi été étudiée : la modélisation des interactions entre plusieurs molécules a été rendue plus réaliste et le développement de modèles de bruits biologiques a également été intégré au processus. Cette thèse constitue donc une contribution importante dans la structuration et l’automatisation d’étapes de conception pour les biosystèmes synthétiques. Elle a permis de tracer les contours d’un flot de conception complet, adapté de la microélectronique, et d’en mettre en évidence les intérêts. / Synthetic biology is a science derived from the rapprochement between biotechnology and engineering science. It aims to create new biological systems through a rational combination between standardized biological elements which are disconnected from their natural context. Its main areas of application are the environment, the food-processing industry and the health sector. This thesis focuses on the ex vivo design aspects of these artificial biosystems. Thanks to analogies between biological processes and some electronic functions, the emphasis was put on reusing and adapting digital design tools that are fitting the top-down design approach. Thus, microelectronics CAD methods have been completely adapted to synthetic biology. In this regard, basic biological mechanisms have been modelled with various levels of abstraction, from digital abstraction to signal flow and conservative models. Fuzzy logic models have also been developed as a link between these levels of abstraction. These models have been implemented with two hardware description languages. They have been proven correct thanks to experimental results from state-of-the-art artificial biosystems. Concurrently to their formalization, improvements of design flow models have been studied: the modelling of interactions between several molecules have been made more realistic and the development of models for biological noise have been integrated to the process. This thesis is an important contribution to the structuring and the automation of some design steps for synthetic biosystems. It has made possible to highlight and to trace the outlines of a complete design flow, adapted from microelectronics.

La thèse de Giovanni BETTI BENEVENTI portes sur la caractérisation électrique et la modélisationphysique de dispositifs de mémoire non-volatile à changement de phase. Cette thèse a été effectuée dans le cadre d’une cotutelle avec l’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia (Italie).Le manuscrit en anglais comporte quatre chapitres précédés d’une introduction et terminés par uneconclusion générale.Le premier chapitre présent un résumé concernant l’état de l’art des mémoires a changement de phase. Le deuxième chapitre est consacré aux résultats de caractérisation matériau et électrique obtenus sur déposition blanket et dispositifs de mémoire à changement de phase (PCM) basées sur le nouveau matériau GeTe dopé carbone (GeTeC).Le chapitre trois s’intéresse à l’implémentation et à la caractérisation expérimentale d’un setup demesure de bruit a basse fréquence sur dispositifs électroniques a deux terminaux développé auxlaboratoires de l’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia en Italie.Enfin, dans le dernier chapitre est présentée une analyse rigoureuse de l’effet d’auto-chauffage Joulesur la caractéristique I-V des mémoires a changement de phase intégrant le matériau dans la phase polycristalline. / Within this Ph.D. thesis work new topics in the field of Non-Volatile Memories technologies have been investigated, with special emphasis on the study of novel materials to be integrated in Phase-Change Memory (PCM) devices, namely:(a) Investigation of new phase-change materialsWe have fabricated PCM devices integrating a novel chalcogenide material: Carbon-doped GeTe (or simply, GeTeC). We have shown that C doping leads to very good data retention performances: PCM cells integrating GeTeC10% can guarantee a 10 years fail temperature of about 127°C, compared to the 85°C of GST. Furthermore, C doping reduces also fail time dispersion. Then our analysis has pointed out the reduction of both RESET current and power for increasing carbon content. In particular, GeTeC10% PCM devices yield about a 30% of RESET current reduction in comparison to GST and GeTe ones, corresponding to about 50% of RESET energy decrease.Then, resistance window and programming time of GeTeC devices are comparable to those of GST.(b) Advanced electrical characterization techniquesWe have implemented, characterized and modeled a measurement setup for low-frequency noise characterization on two-terminal semiconductor devices.(c) Modeling for comprehension of physical phenomenaWe have studied the impact of Self-induced Joule-Heating (SJH) effect on the I-V characteristics of fcc polycrystalline-GST-based PCM cells in the memory readout region. The investigation has been carried out by means of electrical characterization and electro-thermal simulations.

L'objectif de cette thèse est l'étude d'un descripteur d'images adapté à une grande variété d'applications. Nous cherchons à obtenir un descripteur robuste et discriminant, facile à adapter et peu coûteux en calcul et en mémoire.Nous définissons un nouveau descripteur, composé de valeurs du Laplacien à différentes échelles et de valeurs d'une transformée de Fourier radiale, calculées à partir d'une pyramide Gaussienne. Ce descripteur capture une information de forme multi-échelle autour d'un point de l'image. L'expérimentation a montré que malgré une taille mémoire réduite les performances en robustesse et en pouvoir discriminant de ce descripteur sont à la heuteur de l'état de l'art.Nous avons expérimenté ce descripteur avec trois types de tâches différentes.Le premier type de tâche est la mise en correspondance de points-clés avec des images transformées par rotation, changement d'échelle, floutage, codage JPEG, changement de point de vue, ou changement d'éclairage. Nous montrons que la performance de notre descripteur est au niveau des meilleurs descripteurs connus dans l'état de l'art. Le deuxième type de tâche est la détection de formes. Nous avons utilisé le descripteur pour la création de deux détecteurs de personnes, construits avec Adaboost. Comparé à un détecteur semblable construit avec des histogrammes de gradients (HOG) nos détecteurs sont très compétitifs tout en utilisant des descripteurs sensiblement plus compacts. Le dernier type de tâche est la détection de symétries de réflexion dans des images "du monde réel". Nous proposons une technique de détection d'axes potentiels de symétries en miroir. Avec cette tâche nous montrons que notre descripteur peut être genéralisé à des situations complexes. L'expérimentation montre que cette méthode est robuste et discriminante, tout en conservant un faible coût en calcul et en mémoire. / In this thesis we explore a new image description method composed of a multi-scale vector of Laplacians of Gaussians, the Laplacian Profile, and a Radial Fourier Transform. This method captures shape information with different proportions around a point in the image. A Gaussian pyramid of scaled images is used for the extraction of the descriptor vectors. The aim of this new method is to provide image description that can be suitable for diverse applications. Adjustability as well as low computational and memory needs are as important as robustness and discrimination power. We created a method with the ability to capture the image signal efficiently with descriptor vectors of particularly small length compared to the state of the art. Experiments show that despite its small vector length, the new descriptor shows reasonable robustness and discrimination power that are competitive to the state of the art performance.We test our proposed image description method on three different visual tasks. The first task is keypoint matching for images that have undergone image transformations like rotation, scaling, blurring, JPEG compression, changes in viewpoint and changes in light. We show that against other methods from the state of the art, the proposed descriptor performs equivalently with a very small vector length. The second task is on pattern detection. We use the proposed descriptor to create two different Adaboost based detectors for people detection in images. Compared to a similar detector using Histograms of Oriented Gradients (HOG), the detectors with the proposed method show competitive performance using significantly smaller descriptor vectors. The last task is on reflection symmetry detection in real world images. We introduce a technique that exploits the proposed descriptor for detecting possible symmetry axes for the two reflecting parts of a mirror symmetric pattern. This technique introduces constraints and ideas of how to collect more efficiently the information that is important to identify reflection symmetry in images. With this task we show that the proposed descriptor can be generalized for rather complicated applications. The set of the experiments confirms the qualities of the proposed method of being easily adjustable and requires relatively low computational and storage requirements while remaining robust and discriminative.

Les transistors rapides actuels présentent un retard lorsqu’ils fonctionnent à très hautes fréquences ou en régime transitoire rapide. Cet effet est appelé effet non quasi-statique (NQS). Dans cette thèse, l’effet NQS est analysé de manière concise de façon à être directement implanté dans les modèles de composant pour les bibliothèques de circuit en utilisant le langage standard VerilogA. Les mécanismes physiques à la base de l’effet NQS sont évalués dans le domaine de fonctionnement petit signal et les résultats sont comparés aux travaux déjà publiés. S’agissant du modèle standard bipolaire HICUM, les effets NQS latéraux et verticaux sont examinés séparément à partir du même modèle, en régime de fonctionnement transitoire et fréquentiel grâce à un sous-circuit dédié au calcul de la phase du signal. A partir de ce sous-circuit, la modélisation compacte avec HICUM est comparée aux données issues de mesures et issues de simulation amont. Enfin, un nouveau sous-circuit calculant l’excès de phase est proposé pour prendre mieux en compte les effets non quasi-statiques dans les transistors bipolaires. / Modern high speed (RF) transistors encounter certain delay while operated at high frequency or under fast transient condition. This effect is named as Non Quasi Static (NQS) effect. In the current work, NQS effect is analyzed in a concise manner so that it can be readily implemented in a compact model using the VerilogA description language. The basic physics behind this effect is investigated in small signal domain and the results are compared with the published work. In popular bipolar model HICUM lateral and vertical NQS are examined separately and uses the same model for both transient and AC operation which requires an additional minimum phase type sub circuit. Compact modeling with HICUM model is performed in both measurement and device simulated data. At last, an improved excess phase circuit is proposed to model the NQS effect.

Ces travaux de thèses présentent un protocole expérimental d’évaluation de la fiabilité des transistors bipolaire à double hétéro-jonction submicroniques sur substrat InP. Les mécanismes de défaillances observés ont été mis en évidence grâce à ce protocole qui présente trois étapes : activation, détection et localisation des mécanismes de défaillance. Les tests de vieillissement accéléré ont été réalisés sur les TBH de structure hexagonale avec une base en InGaAs ou en GaAsSb ainsi que les structures TLM. Grâce à l’analyse électrique via la modélisation compacte, nous établissons les premières hypothèses sur l’origine physique des mécanismes de dégradation. Pour les transistors avec une base InGaAs, par exemple, les mécanismes de défaillance mis en évidence sont localisés:- A la périphérie d’émetteur entrainant ainsi une augmentation du courant de base pour VBE<0,6 V pour les tests sous contrainte thermique ainsi que sous contraintes thermique et électrique.- A la jonction base-émetteur, provoquant l’augmentation du courant de base et de collecteur respectivement pour VBE>0,6 V et 0.2<VBE<0,8 V.- Au niveau du contact ohmique d’émetteur, entrainant une dégradation des courants pour VBE>0,8 V. Cette diminution du courant est plus visible sur le courant de collecteur.Ces hypothèses ont été validées avec l’analyse physique 2D avec le logiciel TCAD Sentaurus. Des signatures électriques similaires ont été observées dans la bibliographie par de plusieurs auteurs. / This work presents the implementation of an experimental procedure to evaluate the failure mechanisms of submicron Heterojunction Bipolar Transistor on InP substrate. This procedure presents 3 steps: activation, detection and localization of the failure mechanisms. The accelerated aging tests have been used to active the failure mechanisms on hexagonal shape HBTs with InGaAs or GaAsSb base together with TLM. Due to the electrical analysis through the compact modelling, we established the first hypothesis about the origin of the failure mechanisms. For example, on InGaAs HBT, the failure mechanisms observed are located:- At the emitter sidewall. This mechanism leads to the increase of the base current for VBE<0.6 V- At the base-emitter junction leading to the increase of base and collector current for VBE>0,6 V and 0.2<VBE<0,8 V respectively.- And the ohmic contact layer leading to the collector current decrease for VBE>0.8 V.These hypotheses were validated by 2D physical simulation using TCAD Sentaurus. The same electrical signatures of the failure mechanisms are observed in literature.

Cette thèse porte sur le thème général de la fiabilité des circuits microélectroniques. Le but de notre travail fut de développer un outil de simulation multi-physiques pour la conception des circuits intégrés fiables qui possède les caractéristiques innovatrices suivantes : • (i) L’intégration dans un environnement de conception microélectronique standard, tel que l’environnement Cadence® ; • (ii) La possibilité de simulation, sur de longues durées, du comportement des circuits CMOS analogiques en tenant compte du phénomène de vieillissement ; • (iii) La simulation de plusieurs physiques (électrique-thermique-mécanique) couplées dans ce même environnement de CAO en utilisant la méthode de simulation directe. Ce travail de thèse a été réalisé en passant par trois grandes étapes traduites par les trois parties de ce manuscrit. / This thesis was carried out under the theme of the microelectronics Integrated Circuits Reliability. The aim of our work was to develop a multi-physics simulation tool for the design of reliable integrated circuits. This tool has the following innovative features : • (i) The integration in a standard microelectronics design environment, such as the Cadence® environment ;• (ii) The possibility of efficient simulation, over long periods, of analog CMOS circuits taking into account the aging henomenon ; • (iii) The simulation of multiple physical behaviours of ICs (electrical-thermalmechanical) coupled in the same environment using the direct simulation method. This work was carried out through three main stages detailed in the three parts of this Manuscript.

Nombreuses sont les villes françaises à abriter des éléments d’architecture militaire (citadelles, casernes, bastions,murailles, etc.). Bien que les fonctions défensives à l’origine de ces ouvrages soient peu à peu tombées en désuétude,ceux-ci sont ancrés dans les tissus urbains des cités qui les abritent aujourd’hui encore. Ils participent des morphologiesurbaines, des schémas fonctionnels et, plus globalement, de la manière dont la notion de ville est appréhendée.Les villes font dorénavant face à de nouveaux enjeux qui poussent à renouveler les cadres au travers desquelles ellessont traditionnellement approchées. L’étalement urbain, ses conséquences, la nécessité de tendre vers un urbanismerenouvelé et plus durable amènent à porter un nouveau regard sur les fortifications urbaines. Au-delà de son aspectsymbolique, ce type d’architecture est marqué par des caractéristiques spatiales hors-normes (localisation, volumétrie,géométrie) qui engagent à l’analyser au travers des prismes méthodologiques et conceptuels que fournit la géographie.Comment l’héritage des fortifications urbaines peut-il aujourd’hui être mobilisé afin de créer un espace urbain cohérent,tant sur le plan spatial que social ou symbolique et ainsi répondre aux aspiration des villes actuelles ?La première partie de la thèse porte sur les enjeux auxquels les “villes fortes” sont aujourd’hui confrontées (modernisation,croissance étalement urbain, etc.) et la manière dont leurs “ouvrages lourds” sont affectés. La deuxième partiedu travail s’attache à caractériser le phénomène des “villes fortes” en France aujourd’hui par le biais d’approchesdescriptives, empiriques et statistiques qui permettent de formaliser et d’analyser les logiques et les règles qui régissentle devenir des anciens ouvrages défensifs. La dernière partie de la thèse étudie le potentiel d’urbanisation des zones etouvrages militaires et propose de mesurer l’impact de leur transformation en logements dans le cadre d’un scénariode renouvellement urbain compact pour la ville de Besançon. Il s’agit d’évaluer les conséquences de telles mesuressur le schéma fonctionnel des villes et les formes urbaines. L’ensemble de ces travaux montre l’intérêt du recours auxouvrages défensifs dans le cadre d’un urbanisme à la fois renouvelé, mais aussi plus “durable”, en conformité avec lesformes urbaines, les demandes contemporaines et les projets des villes. / A large number of french cities host military historical edifices (citadels, barracks, bastions, defensive walls, etc.). Although their initial defensive functions have been lost over time, these edifices remain deeply rooted in the urban fabric of their host cities. They continue exerting an impact on these cities’ urban morphology and modern-time functions as well as the way in which the concept of city is understood. Cities nowadays face some new challenges,the increasing awareness of urban sprawl and its consequences, coupled with an urge to promote a renewed and sustainable urbanism, invites us to adopt new approaches to study urban fortifications. In addition to their symbolic aspect, fortifications are characterized by their out-of-the-common spatial measure (location, volume and geometry),requiring researchers to use methodologies and geographical concepts for their academic endeavour. Against this background : how can urban fortifications be used to create urban space that is spatially, socially and symbolically coherent with their historical heritage and that also satisfies the functional need of modern cities ?The first part of this doctoral dissertation present modern-day challenges that fortified cities face (modernisation,urban expansion and sprawl, etc.), and the ways in which their “heavy buildings” are affected. The second part sheds light on the relationships between cities and their fortifications, thanks to descriptive, empirical and statistical analyses. The statistical study noticeably builds on a database to examine the rationale and rules underpinning there habilitation of ancient military edifices. The last part of the dissertation proposes an evaluation of the potential of rehabilitating ancient military edifices and spaces for modern urban usage. For this purpose the impact of transforming these fortifications into residential blocks is assessed in a fortified French city (Besançon). This assessment aims at evaluating the consequences of such urban planning measures on urban morphology and functions. Overall, the analysis provided in that doctoral dissertation demonstrates that ancient military buildings have their place in contemporary urban planning. They help to achieve a renewed and sustainable urban design in line with the urban morphology,modern social and functional requirements and the development perspectives in their host cities.

La miniaturisation des composants et l’amélioration des performances des circuits intégrés (ICs) sont dues aux progrès liés au procédé de fabrication. Malgré le nombre de technologie existante, la technologie CMOS est la plus utilisée. Dans le cadre du développement de la technologie CMOS 90nm à double niveau de poly, des recherches sur l’introduction de techniques innovantes de procédé de fabrication et d’une nouvelle architecture de transistor MOS à tension de seuil ajustable ont été menées dans le but d’améliorer les performances des ICs. Une première étude sur l’implémentation des effets de pointe dans les ICs, en particulier pour les mémoires non volatiles est entreprise. Un nouveau procédé de fabrication permettant d’obtenir des pointes dans un matériau est proposé. Il est démontré le gain en courant tunnel obtenu sur une structure pointue par rapport à une structure plane. Une seconde étude est orientée sur le développement d’une nouvelle technique de « patterning ». Les techniques de « patterning » permettent de réduire les dimensions de la photolithographie sans utiliser de masque ayant des dimensions agressives. Les avantages de cette nouvelle technique aux niveaux de sa mise en œuvre et de la suppression des problèmes d’alignement sont présentés. Une dernière étude sur le développement d’un transistor à tension de seuil ajustable est développée. Il est démontré l’avantage de ce composant par rapport aux autres composants à tension de seuil ajustable. La réalisation du modèle et des premières simulations électriques de circuit élémentaire à base de se composant sont présentés. L’amélioration de certaines performances des circuits élémentaire est démontrée. / The component miniaturization and the circuit performance improvement are due to the progress related to the manufacturing process. Despite the number of existing technology, the CMOS technology is the most used. In the 90nm CMOS technology development, with a double poly-silicon level, the research on the introduction of innovative manufacturing process techniques and a new architecture of MOS transistor with an adjustable threshold voltage are carried out to improve the integrated circuit performances. A first study, on the peak effect implementation in the integrated circuits, particularly in the non-volatile memories is undertaken. A new process to obtain a peak effect in a material is proposed. It is shown the tunnel current gain obtained on a peak structure compared with a planar structure. A second study is focused on the development of a new patterning technique. The patterning techniques allow to reduce the photolithography dimensions without using an aggressive mask. The advantages of this new technique in terms of its implementation and the suppression of alignment problems are presented. A last study on the development of a MOS transistor with an adjustable threshold voltage is developed. It is shown the advantage of this component relative to the other components with an adjustable threshold voltage. The model implementation and the first electrical simulations of elementary circuits composed with this new component are presented. The performance improvement of some elementary circuits is demonstrated.

Les paramètres radioélectriques des satellites sont actuellement mesurés directement, à l’aide d’une base compacte. Cependant, les li-mites de ces bases sont atteintes à cause de l’augmentation des dimensions des satellites, du nombre et de la complexité des antennes qu’ils comportent.Les techniques de champ proche constituent une solution prometteuse sous la forme de base pla-naire. Ces techniques consistent à mesurer le champ rayonné à proximité de la source pour en déduire, par traitement mathématique, le champ à grande distance.Ce travail de thèse porte sur l’adaptation des techniques de champ proche au test des satellites de télécommunications. La caractérisation du rayonnement des antennes par ces techniques estaujourd’hui largement utilisée. Toutefois, un développement théorique doit être complété et des méthodes de mesures proposées pour le test de l’ensemble des paramètres de la charge utile. Des difficultés spécifiques liées à la fonction du satellite (transpondeur) et à l’accès limité aux antennes et à l’électronique du satellite doivent être prise en compte dans la mise en oeuvre de ces méthodes de mesure.Enfin les mesures en champ proche sont affectées par plusieurs causes d’erreurs. L’identification des sources de ces erreurs et l’évaluation de leurs contributions au résultat final constituent une partie importante du travail de thèse. L’étude globale permet de dimensionner un système de mesure complet bénéficiant d’un bon niveau d’optimisation. / Nowadays, the radioelectric charac-teristics of satellites are directly measured by means of a com-pact range basis. However, the limits of these bases are affected by the growth of the satellite dimensions, in addition to the number and the complexity of the integrated an-tennas.On the other hand, near field techniques formed a promising solution under the planar range form. These techniques consist of measuring the radiated field near the source and accordingly deduce the far field by the means of mathemati-cal analysis.The purpose of this thesis is to adapt near field techniques for testing telecommunication satel-lites. In fact, these techniques are widelyused for antenna pattern measurements. However, a theoretical development has to be completed and measurement methods need to be proposed for testing all payload parameters. Unfortunately, specific difficulties related to the satellite function (transponder) and the limited access to antennas and satellite electronics have to be taken into account in the implementation of these measurement methodologies.Finally, the near field measurements are affected by many causes of errors. The identification of the error sources and the evaluation of their contribution to the final results constitute an important part of the thesis work. The global study allows dimensioning a complete measurement system with a good optimization.